土壤有机碳是陆地生态系统最大的碳库，其微小变化将会对大气CO2浓度产生显著影响；同时，全球变暖也会加快土壤有机碳的分解，从而与气候变化形成强烈的正反馈。准确量化土壤剖面有机碳对全球变暖的响应及其二者之间的互馈作用，一直以来是土壤和全球变化研究领域的热点和难点。
近日，浙江大学环境与资源学院、浙江大学生态文明研究院数字生态方向罗忠奎课题组在此方向取得突破。研究院团队基于全球11多万个0~2 m土壤剖面数据（图1），创造性地应用空间代替时间和Meta分析相融合的方法，克服了实验研究难以解决的短期和骤然增温的局限性，量化了全球0~2 m土壤剖面有机碳对长期变暖的响应，并明确了2 °C变暖情景下0~2 m土壤有机碳变化的全球空间格局。
研究成果以“Global soil profiles indicate depth-dependent soil carbon losses under a warmer climate”为题，于2022年9月20日在线发表于《自然通讯》（Nature Communications）。浙江大学环境与资源学院博士研究生王明明和博士后郭晓伟为共同第一作者，罗忠奎研究员为通讯作者。合作作者包括浙江大学环境与资源学院、浙江大学生态文明研究院数字生态方向史舟教授和罗忠奎研究组其他成员、美国桑迪亚国家实验室Umakant Mishra研究员、中国科学院植物研究所杨元合研究员、北京大学城市与环境学院朱彪研究员和中国科学院大气物理研究所王国成副研究员。研究得到国家重点研发政府间国际科技创新合作项目（2021YFE0114500），国家自然基金（32171639，41930754）等项目资助。
图1 全球土壤剖面分布
研究发现土壤有机碳对变暖的响应强烈地依赖于有机碳所处的土壤深度，在较深的土层，有机碳损失较少。具体而言，1 °C变暖将分别会导致0~0.3 m、0.3~1 m和1~2 m土壤有机碳6.0±1.6%(均值±95%置信区间)，4.8±2.3%和1.3±4.0%的损失。随着变暖加剧，0~0.3 m、0.3~1 m和1~2 m的土壤有机碳损失分别以4.2% °C-1，2.2% °C-1和1.4% °C-1的速率增加（图3）。
图2 土壤剖面有机碳对变暖的响应
该研究团队进一步分析发现土壤有机碳库自身的大小是决定响应强弱最主要的因素，富含有机碳的土壤更容易受到变暖的影响；此外，年均温和年均降水等气候因素也对响应的强弱具有重要影响。
研究团队在空间上分析发现，不同生态系统土壤有机碳对全球变暖的响应存在很大的差异，其中北方森林土壤有机碳损失最为严重，而在冻原、温带森林、热带草地、高山灌丛以及沙漠生态系的深层土壤中有机碳有所增加（图3）。
图3 全球土壤剖面有机碳对2°C变暖响应的空间格局
在量化了土壤有机碳损失速率的基础上，研究团队估算了2 °C增温下全球土壤有机碳的损失，发现其会使大气CO2浓度增加约24%，这将显著增强温室效应，进一步加剧全球变暖。
罗忠奎研究员说此项研究对准确理解土壤剖面有机碳对气候变化响应及其机制具有重要的意义，在当前国家“双碳”战略下该研究也对生态系统管理和制定土壤增汇减排措施具有重要的科学价值。他们团队计划在后续研究中将继续开展对陆地生态系统碳汇功能的系统研究，落脚我国生态文明建设，服务国家“双碳”战略。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33278-w